ES2454045B2 - System and method for locating earth defects in static windings of synchronous machines grounded by high value impedance. - Google Patents
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Abstract
Sistema y método de localización de defectos a tierra en devanados estatóricos de máquinas síncronas puestas a tierra mediante una impedancia de elevado valor.#La presente invención está dirigida a un método de localización de defectos a tierra en el estator de una máquina síncrona, por ejemplo un generador, y a una planta de generación de energía eléctrica para alimentar una red eléctrica. El método se basa principalmente en la localización de la falta mediante la utilización de variables obtenidas en la etapa de medida y el valor de resistencia de defecto estimado. La obtención de la resistencia de defecto se lleva a cabo a través de la información que proporciona un sistema de inyección de tensión en la resistencia de puesta a tierra a baja frecuencia.System and method for locating ground defects in static windings of grounded synchronous machines by means of a high value impedance. # The present invention is directed to a method of locating ground defects in the stator of a synchronous machine, for example a generator, and an electric power generation plant to power an electrical network. The method is mainly based on the location of the fault through the use of variables obtained in the measurement stage and the estimated defect resistance value. The obtaining of the defect resistance is carried out through the information provided by a voltage injection system in the low frequency earthing resistance.
Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Sistema y método de localización de defectos a tierra en devanados estatóricos de máquinas síncronas puestas a tierra mediante una impedancia de elevado valor. System and method for locating earth defects in static windings of synchronous machines grounded by high value impedance.
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Objeto de la invención Object of the invention
La presente invención tiene por objeto presentar un nuevo sistema y método de localización de defectos a tierra en devanados estatóricos de generadores síncronos, basado en la estimación de la resistencia de defecto a baja frecuencia, lo cual permitiría reducir el tiempo 10 y coste de la localización de los defectos a tierra para su posterior reparación. The present invention aims to present a new system and method for locating ground defects in static windings of synchronous generators, based on the estimation of the low frequency defect resistance, which would reduce the time 10 and location cost of the earth defects for later repair.
Antecedentes de la invención Background of the invention
Uno de los defectos eléctricos más comunes en los generadores síncronos es el 15 cortocircuito entre una fase y tierra dentro de una ranura del estátor. Las consecuencias de este tipo de faltas dependen sobre todo del punto del devanado estatórico donde se produzca el defecto, esto es, las faltas cercanas a los terminales del generador podrían ser devastadoras (en generadores cuyo neutro esta rígidamente puesto a tierra) si no se limitan y despejan, mientras que las faltas muy cercanas al neutro del devanado pueden ser casi 20 imperceptibles. Sin embargo, estas últimas pueden resultar incluso más dañinas que las primeras en el caso de que se produzca un segundo defecto fase-tierra en el devanado. One of the most common electrical defects in synchronous generators is the short circuit between a phase and ground within a stator groove. The consequences of such faults depend primarily on the point of the static winding where the defect occurs, that is, faults near the generator terminals could be devastating (in generators whose neutral is rigidly grounded) if they are not limited and clear, while faults very close to the neutral of the winding can be almost 20 imperceptible. However, the latter may be even more harmful than the former in the event of a second phase-to-ground defect in the winding.
Sobre el defecto a tierra tiene gran influencia el tipo de puesta a tierra del generador, el cual determina directamente el esquema de protección a utilizar para proteger el estator frente a 25 faltas a tierra. The type of grounding of the generator has a great influence on the ground fault, which directly determines the protection scheme to be used to protect the stator against 25 ground faults.
Es práctica habitual poner el neutro a tierra mediante una impedancia Rg de elevado valor (Rg > 1000 Ω), de forma que se limite la corriente de defecto a un valor bajo (5 A o 10 A) que no produzca daños en el paquete magnético de la máquina y que, a su vez, pueda ser 30 detectada por los relés de protección correspondientes. En caso de no eliminar un defecto a tierra, éste puede evolucionar a un defecto entre fases, provocando daños severos dentro de la máquina, ya que el valor de la corriente en este último caso sólo está limitado por las impedancias propias del generador. Además, en caso de alcanzarse este defecto entre fases mientras el generador está acoplado a la red, también se debe considerar la 35 aportación al cortocircuito de esta última. En este escenario la protección diferencial de generador (llamada 87G según IEEE Std C37.2-1996) debe despejar la falta. Por esta razón es tan importante detectar los defectos a tierra de forma efectiva. It is common practice to ground the neutral by means of a high value Rg impedance (Rg> 1000 Ω), so that the fault current is limited to a low value (5 A or 10 A) that does not cause damage to the magnetic package of the machine and that, in turn, can be detected by the corresponding protection relays. In case of not eliminating a ground fault, it can evolve to a defect between phases, causing severe damage within the machine, since the value of the current in the latter case is only limited by the generator's own impedances. In addition, if this defect is reached between phases while the generator is coupled to the grid, the contribution to the short circuit of the latter must also be considered. In this scenario the generator differential protection (called 87G according to IEEE Std C37.2-1996) must clear the fault. For this reason it is so important to detect ground defects effectively.
Tras la detección del defecto, se debe proceder a la localización de la falta para la 40 reparación del devanado. Esta localización no resulta sencilla y habitualmente se realiza tras la parada de la máquina mediante diversas técnicas. After defect detection, the fault must be located for winding repair. This location is not easy and is usually done after the machine stops using various techniques.
Dado que la práctica habitual es la puesta a tierra mediante impedancia de alto valor, los daños provocados por el defecto suelen ser despreciables a simple vista si se ha detectado 45 adecuadamente, lo que dificulta la localización. Since the usual practice is grounding by high-value impedance, the damage caused by the defect is usually negligible to the naked eye if it has been properly detected, which makes it difficult to locate.
Existen varios métodos de uso común para localizar defectos a tierra en los estátores de las máquinas síncronas. Los más habituales se describen a continuación: There are several commonly used methods to locate earth defects in the stators of synchronous machines. The most common are described below:
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• Inyectar una tensión creciente entre la fase con defecto y el paquete magnético hasta que por efecto de la energía disipada en el cortocircuito se produzca alguna señal, como humo o • Inject an increasing voltage between the defective phase and the magnetic packet until a signal such as smoke or smoke is produced by the energy dissipated in the short circuit
chispeo, que permita localizar el lugar en el que el devanado está en contacto con el paquete magnético. Sparking, which allows to locate the place where the winding is in contact with the magnetic package.
• Medir el aislamiento de los devanados del estátor de la máquina síncrona hasta localizar en cuál de ellos está el cortocircuito. Una vez detectado, se divide el devanado en dos trozos y se vuelve a medir el aislamiento de cada uno de los mismos. Cuando se sabe en 5 cuál de ellos está el defecto, se vuelve a repetir la operación, dividiendo el tramo de nuevo en dos trozos, y midiendo el aislamiento en cada uno. Este proceso se repite tantas veces como sea necesario hasta localizar el punto en el que está el cortocircuito. • Measure the insulation of the stator windings of the synchronous machine until the short circuit is located. Once detected, the winding is divided into two pieces and the insulation of each of them is measured again. When it is known in 5 which of them the defect is, the operation is repeated again, dividing the section again into two pieces, and measuring the insulation in each one. This process is repeated as many times as necessary until the point where the short circuit is located is located.
• Inyectar una tensión alterna en el devanado de excitación del generador con la máquina parada y verificar las tensiones inducidas en los devanados del inducido repitiendo este 10 proceso para diferentes posiciones del rotor. • Inject an alternating voltage into the generator excitation winding with the machine stopped and check the induced voltages in the armature windings by repeating this process for different rotor positions.
Por último conviene tener en cuenta una serie de patentes relacionadas con la invención: Finally, a series of patents related to the invention should be taken into account:
La patente de invención SU1347113-A, titulada: “Protecting three-phase electric motor from 15 faulty operation modes - by using trips reacting to zero phase-sequence with triple frequency”, describe un sistema de detección de faltas a tierra en estátores mediante la medida de una corriente de secuencia cero. The invention patent SU1347113-A, entitled: "Protecting three-phase electric motor from 15 faulty operation modes - by using trips reacting to zero phase-sequence with triple frequency", describes a system for detecting ground faults in stators by means of the measurement of a zero sequence current.
La patente de invención EP344558-A, titulada: “Checking of laminated stator assembly for insulation defects - detecting induced voltage amplitude and phase shifts due to current 20 through interlamination short circuit”, describe un sistema de detección de faltas a tierra en estátores mediante la comparación de las señales de dos devanados acoplados mecánicamente, el cual permite detectar defectos debidos a puntos calientes, pero no determina su posición. The invention patent EP344558-A, entitled: "Checking of laminated stator assembly for insulation defects - detecting induced voltage amplitude and phase shifts due to current 20 through interlamination short circuit", describes a system for detecting ground faults in stators by means of the comparison of the signals of two mechanically coupled windings, which allows detecting defects due to hot spots, but does not determine their position.
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La patente de invención P200901880 titulada “Sistema y método de localización de faltas a tierra en devanados de inducido de máquinas síncronas”. Se trata de un sistema que permite localizar las faltas a tierra en estátores de máquinas síncronas sin realizar la extracción del rotor de la máquina y sin dañar el paquete magnético de la misma. Para localizar defectos se necesita una fuente de tensión alterna para alimentar el devanado de 30 inducido y varios equipos de medida para las fases del estátor. The invention patent P200901880 entitled "System and method of locating ground faults in windings of armature of synchronous machines". It is a system that allows to locate ground faults in synchronous machine stators without removing the rotor from the machine and without damaging the magnetic package of the machine. To locate defects, an alternating voltage source is required to supply the induced winding and various measuring equipment for the stator phases.
Descripción de la invención Description of the invention
El método que aquí se presenta tiene la gran ventaja de ser capaz de localizar el defecto 35 mientras la máquina se encuentra en funcionamiento, de modo que al producirse el defecto, la detección y localización se puede realizar de forma conjunta, acelerando así el proceso de localización física del cortocircuito y reduciendo por tanto el tiempo de reparación. The method presented here has the great advantage of being able to locate defect 35 while the machine is in operation, so that when the defect occurs, detection and location can be carried out jointly, thus accelerating the process of physical location of the short circuit and therefore reducing the repair time.
Este método de localización se basa, primero, en la estimación de la resistencia de defecto 40 mediante una fuente de inyección a baja frecuencia, y posteriormente la utilización de este parámetro para la localización del cortocircuito. This location method is based, first, on the estimation of the defect resistance 40 by means of a low frequency injection source, and subsequently the use of this parameter for the location of the short circuit.
El sistema de localización de defectos a tierra en devanados estatóricos de máquinas síncronas puestas a tierra mediante una impedancia de elevado valor, está formado por: 45 The system for locating earth defects in static windings of synchronous machines grounded by means of a high value impedance consists of: 45
dispositivos de medida de la tensión de las fases de la máquina síncrona, como pueden ser los transformadores de medida de tensión en terminales del generador que existen generalmente en todas las centrales de generación. voltage measuring devices of the synchronous machine phases, such as voltage measuring transformers in generator terminals that generally exist in all generation plants.
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un dispositivo de medida de la tensión en la resistencia de puesta a tierra, como puede ser el transformador de protección de medida de tensión, que habitualmente a device for measuring the voltage at the grounding resistor, such as the voltage measuring protection transformer, which usually
existe en las centrales de generación, y cuya medida se utiliza para las protecciones convencionales tierra estátor (51N y 59N). It exists in the generation plants, and whose measurement is used for conventional stator earth protections (51N and 59N).
un dispositivo de inyección de una tensión en la resistencia de puesta a tierra a una frecuencia que puede ser distinta de la frecuencia asignada de la maquina síncrona. 5 Este sistema de inyección, descrito previamente, existe comercialmente y es extensamente utilizado en generadores de gran potencia. a device for injecting a voltage into the grounding resistor at a frequency that may be different from the assigned frequency of the synchronous machine. 5 This injection system, described previously, exists commercially and is widely used in high power generators.
un dispositivo localizador de defectos a tierra, que dispone de: a ground fault locator device, which has:
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o Medios de cálculo de la resistencia de defecto a tierra a partir de las medidas obtenidas mediante el dispositivo de inyección, a través de la expresión. o Means for calculating the earth fault resistance from the measurements obtained by means of the injection device, through expression.
o Medios de cálculo de la posición del defecto a partir de las tensiones de fases medidas en la máquina, la tensión en la resistencia de puesta a tierra medida 15 en la máquina y la resistencia de defecto a tierra obtenida previamente, a través de la expresión. o Means for calculating the position of the defect from the phase voltages measured in the machine, the voltage at the earth resistance measured 15 in the machine and the earth fault resistance previously obtained, through the expression .
Finalmente, como resumen, el método de localización de defectos a tierra en devanados estatóricos de máquinas síncronas puestas a tierra mediante una impedancia de elevado 20 valor está formado por las siguientes etapas: Finally, as a summary, the method of locating earth defects in static windings of synchronous machines grounded by means of a high value impedance is formed by the following steps:
etapa de medida de las tensiones de las fases de la máquina, mediante los dispositivos de medida de la tensión de las fases de la máquina síncrona descritos previamente. 25 stage of measurement of the tensions of the phases of the machine, by means of the devices of measurement of the tension of the phases of the synchronous machine previously described. 25
etapa de medida de la tensión en la resistencia de puesta a tierra mediante un dispositivo de medida de la tensión en la resistencia de puesta a tierra descrito previamente. step of measuring the voltage in the earthing resistance by means of a device for measuring the voltage in the earthing resistance described previously.
etapa de inyección de una tensión en la resistencia de puesta a tierra a una frecuencia que puede ser distinta de la frecuencia asignada de la máquina síncrona, 30 descrito previamente. stage of injection of a voltage in the earthing resistance at a frequency that may be different from the assigned frequency of the synchronous machine, 30 previously described.
etapa de cálculo de la resistencia de defecto a tierra a partir de las medidas obtenidas con la etapa de inyección. stage of calculation of the earth fault resistance from the measurements obtained with the injection stage.
etapa de cálculo de la posición del defecto a tierra a partir de las tensiones de fases medidas en la máquina, la tensión en la resistencia de puesta a tierra medida en la 35 máquina y la resistencia de defecto a tierra obtenida. stage for calculating the position of the earth fault from the phase voltages measured in the machine, the voltage at the earth resistance measured in the machine and the earth fault resistance obtained.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. 40 A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention which is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly below. 40
FIGURA 1. Muestra un esquema simplificado de una planta de generación con las protecciones tierra-estátor convencionales, donde: FIGURE 1. It shows a simplified scheme of a generation plant with conventional earth-stator protections, where:
(1) Máquina síncrona principal 45 (1) Main synchronous machine 45
(2) Interruptor de grupo (2) Group switch
(3) Transformador principal (3) Main transformer
(4) Red de alterna (4) AC network
(5) Transformador de protección (5) Protection transformer
(6) Protección de sobretensión de neutro (59N) (6) Neutral overvoltage protection (59N)
(7) Resistencia de puesta a tierra (7) Grounding resistance
(8) Resistencia de defecto 5 (8) Default resistance 5
(9) Capacidades a tierra del generador síncrono (9) Ground capacities of the synchronous generator
(10) Capacidades a tierra del interruptor de grupo, transformador principal y otros (10) Grounding capabilities of the group switch, main transformer and others
(11) Tensión en la resistencia de puesta a tierra (11) Voltage on the grounding resistance
(12) Tensión en terminal de la fase con defecto (12) Phase terminal voltage with defect
(13) Corriente de defecto 10 (13) Default current 10
(14) Tensión de la porción de devanado desde el neutro, N, hasta el punto de defecto, x (14) Voltage of the winding portion from the neutral, N, to the point of defect, x
(15) Tensión de la porción de devanado desde el punto de defecto, x hasta el terminal de la fase con defecto, A (15) Voltage of the winding portion from the defect point, x to the terminal of the defective phase, A
(16) Corriente por el neutro del generador. 15 (16) Current through generator neutral. fifteen
FIGURA 2. Muestra un esquema simplificado de una planta de generación con la protección tierra-estátor de inyección de baja frecuencia, donde: FIGURE 2. It shows a simplified scheme of a generation plant with low-frequency injection ground-stator protection, where:
(17) Filtro paso-banda (17) Bandpass filter
(18) Relé de obtención de impedancia a baja frecuencia (18) Relay for obtaining low frequency impedance
(19) Fuente de tensión de baja frecuencia 20 (19) Low frequency voltage source 20
(20) Transformador de puesta a tierra (20) Grounding transformer
(21) Corriente por el defecto de baja frecuencia. (21) Current due to low frequency defect.
FIGURA 3. Muestra los errores en la localización de los defectos mediante el cociente entre la tensión en la resistencia de puesta a tierra y la tensión de fase del generador, para 25 cualquier punto del devanado (x de 0 a 1) y para valores de Rf desde 0 (defecto rígido a tierra) hasta 1000 Ω. FIGURE 3. It shows the errors in the location of the defects by means of the quotient between the voltage in the earthing resistance and the phase voltage of the generator, for any point of the winding (x from 0 to 1) and for values of Rf from 0 (rigid ground fault) to 1000 Ω.
FIGURA 4. Muestra los errores en la localización de los defectos mediante el algoritmo simplificado de localización para cualquier punto del devanado (x de 0 a 1) y para valores de 30 Rf desde 0 (defecto rígido a tierra) hasta 1000 Ω. FIGURE 4. It shows the errors in the location of the defects by means of the simplified algorithm of location for any point of the winding (x from 0 to 1) and for values of 30 Rf from 0 (rigid earth fault) to 1000 Ω.
Realización preferente de la invención Preferred Embodiment of the Invention
La presente invención permite localizar de manera muy precisa los defectos a tierra en 35 devanados estatóricos de generadores síncronos (1) puestos a tierra con una resistencia de puesta a tierra (7) de elevado valor. Para la correcta localización es necesario estimar la resistencia de defecto (8) adecuadamente debido a lo que se expone a continuación. The present invention makes it possible to locate very precisely the earth defects in 35 static windings of synchronous generators (1) grounded with a high-value earth resistance (7). For the correct location it is necessary to estimate the defect resistance (8) adequately due to what is set out below.
Cuando se produce un defecto a tierra en el estátor de un generador síncrono (1) se produce la aparición de una corriente de defecto (13), cuyo valor depende del valor de resistencia de puesta a tierra RN (7). El valor óhmico de esta resistencia se diseña habitualmente para limitar la corriente que circula por el neutro a 10 A en el peor defecto posible, esto es, defecto rígido a tierra en terminales del generador. Los sistemas de 5 detección de defectos a tierra convencionales se basan en la detección de la sobretensión (11) que aparece en esta resistencia de puesta a tierra RN (7) (protección 59N según IEEE Std C37.2-1996) o en la sobrecorriente (16) que aparece en la misma (conocida como 51N según el mismo estándar). Cuando el valor de tensión en la resistencia de puesta a tierra VN (medido en el secundario de un transformador (5) mediante transformadores de medida) 10 supera el umbral de ajuste (típicamente el 5% de la tensión de fase del generador), la protección de sobretensión del neutro 59N (6) dispara el grupo de generación quitándolo de servicio. Si se escoge el esquema análogo 51N (16), basado en la medida de corriente por el neutro IN, cuando dicha corriente supera el ajuste (análogamente el 5% de 10 A), la protección dispara el grupo. 15 When a ground fault occurs in the stator of a synchronous generator (1), a fault current (13) occurs, whose value depends on the grounding resistance value RN (7). The ohmic value of this resistance is usually designed to limit the current flowing through the neutral to 10 A in the worst possible defect, that is, a rigid ground fault in generator terminals. Conventional ground fault detection systems are based on the detection of the overvoltage (11) that appears in this RN earth resistance (7) (59N protection according to IEEE Std C37.2-1996) or overcurrent (16) that appears in it (known as 51N according to the same standard). When the voltage value at the grounding resistor VN (measured in the secondary of a transformer (5) by measuring transformers) 10 exceeds the adjustment threshold (typically 5% of the generator phase voltage), the 59N neutral surge protection (6) triggers the generation group by removing it from service. If the analogue scheme 51N (16) is chosen, based on the measurement of current by the neutral IN, when said current exceeds the setting (analogously 5% of 10 A), the protection trips the group. fifteen
En caso de defecto a tierra, existen dos variables desconocidas: la posición del defecto x, y la resistencia de falta Rf (8). La variable x puede tomar valores entre 0 y 1 (inclusive) donde 0 sería el valor para el caso de defecto en el neutro del generador, N, y 1 el valor para el caso de defecto en terminales. De esta forma, en caso de defecto a tierra ambas variables 20 quedan relacionadas de la siguiente forma: In case of earth fault, there are two unknown variables: the position of the defect x, and the fault resistance Rf (8). The variable x can take values between 0 and 1 (inclusive) where 0 would be the value for the case of the generator neutral defect, N, and 1 the value for the terminal defect case. In this way, in case of earth fault both variables 20 are related as follows:
-
(1) (one)
Donde f es la frecuencia (50 Hz) y CT representa el valor de la capacidad a tierra total del sistema de generación, suma de las capacidades del generador (9) y del resto de 25 elementos, tales como el interruptor de grupo, el transformador principal, etc., todas incluidas en (10). Un es la tensión del devanado estatórico obtenido mediante dispositivos medidores de tensión. Where f is the frequency (50 Hz) and CT represents the value of the total ground capacity of the generation system, sum of the capacities of the generator (9) and the rest of 25 elements, such as the group switch, the transformer main, etc., all included in (10). One is the voltage of the static winding obtained by means of voltage measuring devices.
Como se observa, determinar la posición del defecto, esto es, el valor de la variable x sin 30 tener información del valor de Rf, resulta imposible pues esta última afecta de forma considerable. Si se obvia el valor de Rf y de las capacidades a tierra CT en la expresión anterior, se puede obtener una primera estimación de la localización del defecto cuya expresión es la siguiente: As can be seen, determining the position of the defect, that is, the value of the variable x without having information on the value of Rf, is impossible because the latter affects considerably. If the value of Rf and the grounding capacity CT is omitted in the previous expression, a first estimate of the location of the defect whose expression is as follows can be obtained:
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-
(2) (2)
Con esta primera expresión se consiguen resultados muy poco precisos que resultan inaceptables para un sistema de localización. En la Figura 3 se muestran los errores (en %) de localización para defectos en cualquier punto del devanado (x desde 0 a 1) y para valores de Rf desde 0 (defecto rígido a tierra) hasta 1000 Ω. Estos resultados están obtenidos 40 utilizando los siguientes valores típicos de un generador real de 500 MVA: CT = 2 µF (considerablemente alto), RN = 1212 Ω y una tensión de fase del generador de 21/√ kV. Como se observa, solo en el caso de que la resistencia de defecto tenga un valor próximo a cero, la precisión es aceptable. Según crece el valor de la resistencia de falta y la posición del defecto los errores son mayores. 45 With this first expression, very little accurate results are achieved that are unacceptable for a location system. Figure 3 shows the location errors (in%) for defects at any point of the winding (x from 0 to 1) and for Rf values from 0 (rigid ground fault) to 1000 Ω. These results are obtained using the following typical values of a real 500 MVA generator: CT = 2 µF (considerably high), RN = 1212 Ω and a generator phase voltage of 21 / √ kV. As it is observed, only in the case that the defect resistance has a value close to zero, the accuracy is acceptable. As the value of the fault resistance increases and the position of the defect the errors are greater. Four. Five
Tras describir la relevancia de conocer el valor de la resistencia de defecto Rf (8) se describe a continuación el método para obtener dicha resistencia de defecto y el algoritmo completo para la localización de las faltas a tierra. After describing the relevance of knowing the value of the defective resistance Rf (8), the method to obtain said defective resistance and the complete algorithm for the location of the earth faults are described below.
La resistencia de defecto Rf (8) se estima mediante la inyección de una onda de baja 5 frecuencia (Figura 2) en la resistencia de puesta a tierra RN (7). Estos sistemas de inyección ya se encuentran muy extendidos como sistemas de detección de defectos. El esquema de inyección que se muestra en la Figura 2 es uno de los esquemas llamados “100 % tierra-estátor” debido a que cubren la porción de devanado que las protecciones convencionales (51N y 59N) no protegen (debido al ajuste descrito previamente que evita los disparos 10 intempestivos). The fault resistance Rf (8) is estimated by injecting a low frequency wave 5 (Figure 2) into the grounding resistance RN (7). These injection systems are already widespread as defect detection systems. The injection scheme shown in Figure 2 is one of the schemes called “100% earth-stator” because they cover the winding portion that conventional protections (51N and 59N) do not protect (due to the previously described setting that avoid the 10 untimely shots).
El sistema de inyección de baja frecuencia consiste en una fuente de inyección de baja frecuencia (19), un filtro paso-banda (17) y un transformador (20). La impedancia a baja frecuencia es obtenida mediante la tensión y corriente de baja frecuencia (18), y se expresa 15 de la siguiente forma: The low frequency injection system consists of a low frequency injection source (19), a pass-band filter (17) and a transformer (20). The low frequency impedance is obtained by the low frequency voltage and current (18), and is expressed as follows:
-
(3) (3)
Donde Z20Hz es la impedancia a 20 Hz, Xs es la reactancia serie del transformador (20), Rs es la resistencia serie que añade el filtro paso-banda (17) y el transformador (20), y fi es la 20 frecuencia de inyección (típicamente 20 Hz). De esta forma, mediante esta última expresión se puede obtener una estimación de la resistencia de defecto Rf (8). Where Z20Hz is the impedance at 20 Hz, Xs is the series reactance of the transformer (20), Rs is the series resistance added by the pass-band filter (17) and the transformer (20), and fi is the 20 injection frequency (typically 20 Hz). In this way, by means of this last expression, an estimation of the defect resistance Rf (8) can be obtained.
Se describe a continuación un modo de realización del equipo, que puede servir como ejemplo de aplicación, a la vez que permite describir mejor la invención. 25 An embodiment of the equipment is described below, which can serve as an example of application, while allowing the invention to be better described. 25
Este método de localización se presta de forma muy adecuada a su implementación en relés de protección multifunción actuales. De esta forma, además de detectar el defecto a tierra, podrían localizarlo de forma aproximada permitiendo así una localización física más rápida en el proceso de reparación del generador síncrono. Sin embargo, para una implementación 30 adecuada de este algoritmo sería conveniente realizar algunas simplificaciones que permitiría reducir la carga computacional del algoritmo sin sacrificar excesivamente la precisión. La primera simplificación consiste en despreciar la parte imaginaria (correspondiente al efecto de las capacidades a tierra) en la expresión (1). De esta forma, dicha expresión queda como sigue: 35 This location method lends itself very well to its implementation in current multifunction protection relays. In this way, in addition to detecting the ground fault, they could locate it in an approximate manner thus allowing a faster physical location in the repair process of the synchronous generator. However, for a proper implementation of this algorithm 30 it would be convenient to make some simplifications that would reduce the computational load of the algorithm without sacrificing excessively precision. The first simplification consists in neglecting the imaginary part (corresponding to the effect of the grounding capacities) in the expression (1). Thus, said expression is as follows: 35
Por otra parte, la segunda simplificación consiste en despreciar de nuevo la parte imaginaria de la expresión (3) correspondiente al efecto de las capacidades a tierra (que tiene una influencia mucho menor que en el caso anterior dado que la frecuencia de inyección es muy 40 baja). De esta forma, dicha expresión queda como sigue: On the other hand, the second simplification consists in neglecting again the imaginary part of the expression (3) corresponding to the effect of the grounding capacities (which has a much smaller influence than in the previous case since the injection frequency is very 40 low). In this way, this expression is as follows:
Donde R20Hz es la parte resistiva de la impedancia a baja frecuencia. Esta componente resistiva es extraída de forma muy precisa por los relés actuales. 45 Where R20Hz is the resistive part of the low frequency impedance. This resistive component is extracted very precisely by the current relays. Four. Five
De esta forma el valor de la resistencia de defecto calculada Rf y la localización del mismo x es determinada como sigue: In this way the value of the calculated defect resistance Rf and its location x is determined as follows:
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Mediante este algoritmo se pueden estimar ambas variables de forma muy precisa y rápida. Considerando los datos típicos de un generador real de 500 MVA previamente descritos (CT 10 = 2 µF, RN = 1212 Ω y una tensión de fase del generador de 21/√ kV), los errores (en %) de localización de defectos a tierra en cualquier punto del devanado (x desde 0 a 1) y para valores de Rf desde 0 (defecto rígido a tierra) hasta 1000 Ω, se muestran en la Figura 4. Como se aprecia en esta figura, los errores se reducen considerablemente respecto de la primera estimación descrita (Figura 3). 15 Using this algorithm, both variables can be estimated very accurately and quickly. Considering the typical data of a real 500 MVA generator previously described (CT 10 = 2 µF, RN = 1212 Ω and a generator phase voltage of 21 / √ kV), errors (in%) of ground fault location at any point of the winding (x from 0 to 1) and for Rf values from 0 (rigid ground fault) up to 1000 Ω, they are shown in Figure 4. As can be seen in this figure, the errors are considerably reduced with respect to the first estimate described (Figure 3). fifteen
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